DE1200974B - Schaltungsanordnung fuer Induktionsanlagen - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung für Induktionsanlagen In Löt-, Glüh-, Schweiß- und Schmelzanlagen dienen als Stromquellen für Einrichtungen zur induktiven Behandlung von Gut vielfach umlaufende Maschinen. Bei Glüh- und Lötanlagen wird in vielen Fällen die Speisung über einen Wechselrichter aus einer Gleichspannungsquelle vorgenommen, da für kleinere Leistungen von einigen Kilowatt Wechselrichterschaltungen günstiger sind als umlaufende Maschinen. Bei einer bekannten Ausführung speist ein Wechselrichter einen Schwingkreis, der aus einer Arbeitsspule und einem parallelgeschalteten Kondensator gebildet ist. Der Schwingkreis befindet sich in Resonanz, so daß nur Wirkleistung zu liefern ist. Bei Wechselrichtern, die beispielsweise Thyristoren in Brückenschaltung enthalten, muß der Löschvorgang eines Thyristors, der z. B. durch vorübergehendes Stromlosmachen eines Thyristors mit einem Kondensator bewirkt werden kann, so lange andauern, bis die Rekombination beendet ist. Siliziumhalbleiterventile besitzen eine Rekombinationszeit von 50 bis 80 Mikrosekunden. Erst nach Ablauf dieser Zeit im Anschluß an Stromdurchgang ist die volle Sperrwirkung wiederhergestellt. Ist die Rekombinationszeit kürzer, so kommt es zum Kurzschluß bzw. Abschalten des Wechselrichters.
• Bei den bisher bekannten Wechselrichterschaltungen ist mit steuerbaren Siliziumventilen üblicher Bauweise etwa eine Frequenz von 1000 bis 2000 Hz erreichbar, wobei vorausgesetzt ist, daß die Rekombination nur etwa ein Zehntel der Periodendauer betragen soll. Für Glüh- und Lötaufgaben sind jedoch Frequenzen von 8000 bis 20 000 Hz am günstigsten. Um derart hohe Frequenzen mit einer Schaltungsanordnung zu erreichen, bei der ein Schwingkreis, gebildet aus einer Arbeitsspule und einem parallelgeschalteten Kondensator, über Thyristoren an einer Gleichspannungsquelle liegt, sind erfindungsgemäß zwei oder mehr Thyristoren, insbesondere steuerbare Siliziumventile, gleichsinnig parallel geschaltet und mit einer Steuereinrichtung in der Weise versehen, daß sie abwechselnd in zyklischer Reihenfolge Strom führen. Auf diese Weise wird ein und derselbe Thyristor zur Stromführung nicht in jeder zweiten Halbwelle benutzt, sondern erst nach einer gewissen Anzahl von Halbwellen, so daß auch bei Frequenzen von 10 000 Hz und mehr der Thyristor während der gesamten erforderlichen Rekombinationszeit von beispielsweise 50 bis 80 Mikrosekunden unbelastet bleiben kann. Während dieser Rekombinationszeit werden andere, parallelgeschaltete Thyristoren zur Stromführung herangezogen. Dadurch ergibt sich für einen Thyristor eine geringe Erwärmung, so daß er hoch belastet werden kann.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
• F i g. 1 zeigt eine Schaltung für eine Induktionsanlage, F i g. 2 den Verlauf von Strömen und Spannungen an verschiedenen Elementen der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 und F i g. 3 die zeitliche Lage der Zündeinsatzpunkte zu der in F i g. 1 dargestellten Anordnung.
• Mit P und N sind in F i g. 1 zwei Leitungspole einer Gleichstromquelle bezeichnet. An diese ist ein Parallelschwingkreis angeschlossen, der aus einer Arbeitsspule 1 und einem Kondensator 2 gebildet ist. Erfindungsgemäß sind die Thyristoren S1 bis S5, die steuerbare Siliziumventile sein können, gleichsinnig parallel geschaltet und mit einer Steuereinrichtung in der Weise versehen, daß sie abwechselnd in zyklischer Reihenfolge Strom führen. Dadurch können bei Verwendung handelsüblicher steuerbarer Siliziumventile mit normalen Rekombinationszeiten Impulsfrequenzen von 10 000 bis 20 000 Hz und mehr erreicht werden.
• In vorteilhafter Weise sind nur Thyristoren für eine Stromrichtung vorgesehen, und der Arbeitsschwingkreis ist in Serie geschaltet mit einem aus einem Kondensator C 1 und einer Induktivität 4 bestehenden Reihenschwingkreis, wobei der Parallelschwingkreis und der Reihenschwingkreis für die gleiche Resonanzfrequenz bemessen sind. Da der Arbeitskreis als Parallelschwingkreis bei Resonanzfrequenz einen ohmschen Widerstand darstellt, liegt im Zusammenwirken mit der Induktivität 4 und einem der Kondensatoren C1 bis C5 ein Reihenschwingkreis vor. Auf diese Weise ist bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gewährleistet, daß beim periodischen Zuschalten der Gleichspannung U durch das abwechselnde Zünden der Thyristoren S1 bis S5 sich am Parallelschwingkreis eine sinusförmige Spannung tc, ausbildet. Diese regt den Arbeitskreis zu Schwingungen bei Resonanzfrequenz an. Auf eine Umschaltung der speisenden Gleichstromquelle derart, daß negative Halbwellen erzeugt werden, kann daher verzichtet werden, weil der Energieinhalt des Kondensators 2 für die Ausbildung der negativen Halbwelle im Arbeitskreis sorgt. Dadurch, daß nur Thyristoren für eine Stromrichtung vorgesehen werden müssen, wird eine Einsparung an Schaltmitteln und damit eine Senkung der Kosten für eine Induktionsanlage erzielt. Die Gefahr einer Verstimmung des Schwingkreises durch Verlagerung des Magnetisierungspunktes infolge der Gleichflußkomponente, die im Impulsbetrieb auftritt - sofern magnetisches Material als Arbeitsgut verwendet wird -, besteht normalerweise nicht, weil bei der Leistungsübertragung auf das zu behandelnde Gut eine hohe Dämpfung auftritt und ein großer Luftspalt immer vorhanden ist.
• Zweckmäßigerweise ist mit jedem ThyristorSl bis S 5 ein Kondensator C 1 bis C 5 in Reihe geschaltet, und parallel zu jedem Kondensator ist die Reihenschaltung eines Hilfsthyristors SI bis .SV und einer Induktivität L1 bis L V angeordnet.
• Vor der Zündung des Thyristors S 1 ist der Kondensator C 1 so geladen, daß das eingezeichnete Potential herrscht und am Kondensator C 1 die Spannung uc _ - U liegt (s. auch F i g. 2). Bei Zündung des Thyristors S 1 liegt diese Spannung in Serie mit der Spannung U der Gleichstromquelle, so daß ein Stromstoß (Halbwellenstrom il) durch das Schaltelement S 1 und damit auch durch den Arbeitskreis mit der Arbeitsspule 1 und dem Kondensator 2 fließt. Nach dem Entladen des Kondensators C 1 fließt der Strom il weiter, da die Induktivität 4 ihre magnetische Energie abgibt. Dabei wird der Kondensator C 1 aui die Spannung ccc _ + U umgeladen. Sodann liegt dm positive Potential an der rechten Hälfte des Kondensators C 1. Hat der Kondensator C 1 die Spannung -f- U erreicht, so fließt über ihn kein Strom mehr, und der Thyristor S 1 wirkt sperrend. Ein weiterer Spannungsanstieg zur Zeit _2 wird in vorteilhafter Weise von der dem Parallelschwingkreis und der Induktivität 4 parallelgeschalteten Diode 6 (Nulldiode) verhindert, über die sich die überschüssige Energie der Induktivität 4 über den Arbeitskreis mit der Induktivität 1 und den Kondensator 2 entladen kann (Strom i.).
• Hat der Thyristor S 1 gelöscht, so werden nach festgelegten Intervallen der Thyristor S2 und dann nacheinander die weiteren Thyristoren S3 bis S5 gezündet (F i g. 3). Dabei führt nur jeweils ein einziger Thyristor Strom. Nach mehreren Stromhalbwellen i., deren Zahl durch die notwendige Rekombinationszeit des Thyristors S1 gegeben ist, erfolgt die Zündung des Hilfsthyristors SI. Die Energie des Kondensators C 1 entlädt sich dabei über die Induktivität L I und führt zur Umladung des Kondensators C 1 derart, daß wieder seine linke Seite positives Potential hat, womit der obenerwähnte Ausgangszustand wiederhergestellt ist. %.
• Die Steuereinrichtung zur Zündung der Thyristoren S 1 bis S 5 und der Hilfsthyristoren S I bis SV hat in vorteilhafter Weise eine Zündspule 7, die mit der Arbeitsspule 1 oder mit einer zusätzlich in den Stromkreis geschalteten Induktivität gekoppelt ist und über eine Zündsteuereinrichtung Z und im Ring geschaltete Registerschrittstufen R1 bis R5 mit der Zündelektrode der einzelnen Thyristoren und Hilfsthyristoren verbunden ist, so daß die Thyristoren zyklisch gezündet werden.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung für lnduktionsanlagen, bei der ein Parallelschwingkreis aus einer Arbeitsspule und einem Kondensator über Thyristoren, insbesondere steuerbare Siliziumventile, an einer Gleichspannungsquelle liegt, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß zwei oder mehr Thyristoren gleichsinnig parallel geschaltet und mit einer Steuereinrichtung in der Weise versehen sind, daß sie abwechselnd in zyklischer Reihenfolge Strom führen.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur Thyristoren für eine Stromrichtung vorgesehen sind, der Parallelschwingkreis in Serie geschaltet ist mit einem aus einem Kondensator (C 1) und einer Induktivität (4) bestehenden Reihenschwingkreis und der Parallelschwingkreis und der Reihenschwingkreis für die gleiche Resonanzfrequenz bemessen sind..-
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem Thyristor (S1 bis S5) ein Kondensator (C1 bis C5) in Reihe geschaltet ist und parallel zu jedem Kondensator die Reihenschaltung eines Hilfsthyristors (S I bis SV) und einer Induktivität (L I bis LV) angeordnet ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Parallelschwingkreis (1, 2) und der Induktivität (4) eine Diode (6) in Sperrichtung parallel geschaltet ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zur Zündung der Thyristoren (S1 bis S5) und der Hilfsthyristoren (SI bis SV) eine Zündspule (7) hat, die mit der Arbeitsspule (1) oder mit einer zusätzlich in den Stromkreis geschalteten Induktivität gekoppelt ist und über eine Zündsteuereinrichtung (Z) und im Ring geschaltete Registerschrittstufen (R1 bis R.) mit der Zündelektrode der einzelnen Thyristoren und Hilfsthyristoren verbunden ist.